2D-полупроводники: не всё так гладко

Мы давно следим за двумерными материалами — у нас даже выходил большой разбор, где мы рассказывали, почему это технология будущего. Напомним суть: это материалы толщиной в один-два атома, из которых можно делать транзисторы меньше, быстрее и энергоэффективнее кремниевых. По идее, именно на них будут строиться чипы следующих поколений, лишённые болячек нынешних кремниевых решений.

Но оказывается, болячки всё-таки есть. Просто другие.

Инженеры из Университета Дьюка опубликовали исследование в журнале ACS Nano, и выводы неприятные. Оказалось, что стандартный лабораторный метод тестирования завышает производительность 2D-транзисторов — в некоторых случаях до 5–6 раз.

Проблема в так называемой архитектуре с задним затвором (back-gated). Её любят в лабораториях за простоту — легко собрать, быстро экспериментировать. Но в ней электрическое поле от затвора влияет не только на канал транзистора, но и на зону под контактами. Это снижает сопротивление и пропускает больше тока. Транзистор выглядит мощнее, чем есть на самом деле. А эффект — заслуга архитектуры тестирования, а не самого материала.

Чтобы это доказать, учёные собрали симметричный транзистор с затворами сверху и снизу. Конструкция идентичная, разница — только в том, какой затвор активирован. На крупных устройствах разница в результатах была двукратной. А при уменьшении до 50 нм канала и 30 нм контакта — уже пятикратной. Чем меньше транзистор, тем сильнее искажение.

Важно: исследователи не говорят, что 2D-материалы бесперспективны. Они говорят, что тестировать их нужно иначе — методами, совместимыми с реальным производством чипов, а не лабораторными упрощениями. Команда планирует продолжить работу — уменьшить контакты до 15 нм и подобрать металлы, которые снизят сопротивление уже без «читерства».

В общем, путь к пост-кремниевому будущему оказался длиннее, чем хотелось бы.

@droidergram